Voiko ultraääniluotausta hyödyntää sarjatuotannossa? Kyllä voi.
Sähköajoneuvojen akkujen valmistus noudattaa pääsääntöisesti samaa kaavaa. Poikkeavia valmistusmenetelmiä toki löytyy riippuen tuotteen vaatimuksista. Erikoiset ratkaisut asettivat tarpeen tutkia ultraäänellä tapahtuvan prosessin kehittämismahdollisuuksia.
Yksi sähköisten ajoneuvojen, sekä muiden akkujärjestelmien, yleisistä valmistusprosesseista on lämpöä johtavan materiaalin levittäminen tai injektointi akkukennojen ja akun jäähdytyslevyn väliselle alueelle. Lämpöä johtavana materiaalina käytetään yleensä jonkinlaista tahnamaisessa muodossa olevaa massaa tai liimaa. Yleensä tätä massaa kutsutaan nimellä lämpötahna tai lämpöpasta.
IONCOR Oy on suomalainen teknologiayhtiö, joka kehittää ja valmistaa akkujärjestelmiä ajoneuvoihin, raskaalle liikenteelle, sekä hyötyajoneuvoihin. Tuotteen tietyssä valmistusvaiheessa ultraääniluotain pysäyttää lämpötahnan syötön havaitessaan tahnan läheisyyden. Havaitseminen perustuu käytännössä materiaalin virtausmittaukseen ja sen myötä signaalin vaimenemaan. Luotaimen asettuminen ei aina onnistu koneen tekemänä optimaalisesti, joten työssä tutkitaan miten toimintaa voisi kehittää.
Luotaus on yksinkertaista, mutta vaatii tarkkuutta
Ratkaisujen löytämiseksi muutamalle eri luotaimelle suoritettiin toistettavuustestejä testilaitteistolla, joka simuloi oikeaa tuotantotilannetta lämpötahnan etenemisestä tuotteessa. Testien perusteella pystyttiin toteamaan, että luotausprosessia pystyy kehittämään oikeanlaisen luotaintyypin valinnalla. Sekä luotaintekniikka että yksittäisten luotaimien käyttö edellyttävät suurta tarkkuutta, mikä tuo omat haasteensa niiden hyödyntämiseen automaattisessa sarjatuotannossa. Lisäksi luotauksessa on ehdottomasti käytettävä välittäjäainetta äänelle, esimerkiksi ultraäänigeeliä tai vettä.
Yleisesti ottaen lämpötahnan etenemistä pystyy siis helposti seuraamaan metallisen materiaalin läpi. Käytännössä tärkeimpiä huomioon otettavia asioita luotauksessa ovat:
- Kontrollerin eli luotaimen lukulaitteen oikeat asetukset
- Välittäjäaineen käyttö
- Luotaimen mitattavaan pintaan asettuminen virheettömästi
- Tarvittaessa arvojen välittäminen tuotantojärjestelmään
Huollettavuus otettava huomioon tuotantoympäristössä
Hyvin pienikokoisten testissä olleiden luotaimien ei todettu olevan soveltuvia, sillä ne asettuivat herkästi vinoon osuessaan mitattavaan pintaan eli tällöin luotaimesta ei välttämättä saa arvoa. Tämä saattaisi tuoda lisähaasteita mekaanisen kiinnityksen suhteen. Toistettavuustesteissä havaittiin isompikokoisen delay line -tyyppisen luotaimen olevan soveltuvampi kyseiseen prosessiin. Delay linella tarkoitetaan luotaimeen liitettävää jatkokappaletta, joka edesauttaa hyvin lähellä pintaa mitattavien virheiden lukua. Myös kohinan todettiin olevan vähäisempi tämäntyyppisellä luotaimella. Nämä erilliset muoviset kulumapalat edesauttavat myös kunnossapitotyötä sekä vähentävät huoltokustannuksia. Testissä saavutetut mittausarvot olivat valituksi tulleella luotaimella hyvin lähellä referenssinä käytetyn luotaimen arvojen kanssa.
Jatkotutkimuksen aihetta riittää
Automaattisessa tuotannossa, jossa ei käytetä operaattoreita, luotain ei tietenkään itse asetu mitattavaan kohteeseen, vaan sitä pitämään tarvitaan jonkinlainen mekaaninen ratkaisu. Jatkotutkimuksissa olisi tarpeellista selvittää, mikä lopulta olisi se oikea tapa asettaa luotain mitattavan kohteen pintaan niin, että lukemien mittaus onnistuu joka kerta. Pitäisikö asettumisen tapahtua jousitoimisella ratkaisulla tai kenties jonkinlaisen sähkömekaanisen ratkaisun avustamana? Ehkä robottiavusteista konenäköä voisi hyödyntää tasopinnan mittauksessa ennen varsinaista luotausta.
Tämän opinnäytetyön tulokset ja muut alustavat mekaaniset kokeilut antavat viitteitä siitä, että ultraääniluotaimien käyttö pystytään tarvittaessa myös automatisoimaan virtausmittaukseen luotettavasti sopivalla luotaimella sekä oikeanlaisilla mekaanisilla ratkaisuilla.
Lähteet:
Jalava, H. 2026. Opinnäytetyö.
Artikkelikuva: Microsoft Stock Images.